Adhäsion und initiales Versagen des Haftverbundes im Wurzelkanal: Analyse der Zusammenhänge von Polymerisationsschrumpfung, Alterung und Eigendehnungen

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Kerstin Bitter; Professorin Dr.-Ing. Claudia Fleck
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396127899

Dentale Kompositmaterialien werden häufig für adhäsive direkte Füllungen von Kavitäten in vitalen menschlichen Zähnen sowie für den Aufbau von wurzelbehandelten Zähnen verwendet. Unsere Erkenntnisse aus der ersten Förderperiode zeigen, dass sowohl die Grenzzone zwischen adhäsiver Füllung und Wurzeldentin als auch diejenige zwischen dem flexiblen Wurzelfüllmaterial Guttapercha und dem Restaurationsmaterial durch die In-situ-Polymerisationsdynamik des Komposits und die daraus resultierenden Eigenspannungen beeinflusst werden. In diesem Verlängerungsprojekt streben wir an, das komplexe Zusammenspiel von Polymerisationsschrumpfung, Debonding und Eigenspannungen bei adhäsiven Kompositfüllungen im oberen Teil von Wurzelkanälen in Abhängigkeit von der Liegedauer besser zu verstehen. Aufbauend auf den in der ersten Förderperiode gewonnenen Erkenntnissen werden wir unser bovines Wurzelkanalmodell auf Kavitätengeometrien mit zunehmender Komplexität erweitern. Wir werden die räumliche und zeitliche Entwicklung der sofort freigesetzten Spannungen im Vergleich zu den Eigenspannungen in Kompositfüllungen mit hochauflösender phasenkontrastverstärkter (PCE) Röntgenographie und Tomographie von wenigen Minuten bis zu mehreren Monaten nach dem Legen der Füllung analysieren, um die Auswirkungen der Lagerung bis zu einem Jahr und darüber hinaus quantifizieren und genauer verstehen zu können. Die Bildverarbeitung der PCE-μCT-Daten umfasst KI-basierte Segmentierungsansätze zur quantitativen Analyse der Hohlräume in 2D entlang der Kavitätentiefe, und in 3D zur Bestimmung der Form und Größe der Hohlräume. Darüber hinaus werden wir die Auswirkungen mechanischer Belastung auf die strukturelle Integrität der Grenzzone untersuchen. Durch die Erstellung von Finite-Elemente-Modellen (FE-Modellen) wird die spannungserhöhende Wirkung der Hohlräume und Delaminationen in unseren Wurzelkanalmodellen analysiert und damit einen Beitrag zu der Frage leisten, welchen Einfluss die Hohlräume in den tieferen Bereichen der Kavität im Hinblick auf eine suffiziente Abdichtung haben. Wir werden die etablierte Bohrlochmethode aus der ersten Förderperiode auf Eigendehnungsmessungen in komplexeren Geometrien anwenden und analysieren, welche Dehnungen während der Polymerisationsschrumpfung im Komposit entstehen und verbleiben und welchen Einfluss dies auf die lokalen mechanischen Eigenschaften hat. Die Grenzzone zwischen dem flexiblen Wurzelfüllmaterial Guttapercha und den Restaurationsmaterialien wird mit Hilfe von hochauflösenden PCE-µCT-Aufnahmen vor, während und nach verschiedenen Belastungen untersucht. Darauf basierend werden FE-Modelle entwickelt, um Veränderungen des Spannungszustands zu simulieren. Die gewonnenen Ergebnisse sollen Empfehlungen für das Design von verbesserten Zahnrestaurationsmaterialien und für Behandlungsstrategien für wurzelkanalbehandelte Zähne ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2804: Werkstoffkunde von Zähnen in Funktion: Prinzipien widerstandsfähiger, dynamischer Grenzzonen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Hagay Shemesh, Ph.D.